La recherche spatiale

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Je suis Hélène Courtois. Je suis professeure à l'université Claude Bernard Lyon 1 et je mène mes recherches à l'Institut de physique des 2 infinis de Lyon. Donc la physique de l'infiniment grand et de l'infiniment petit parce que je suis astrophysicienne et cosmographe de l'univers. Qu'est ce qu'un cosmographe ? C'est comme un géographe, mais plutôt que de faire des cartes de la Terre, je fais des cartes de l'univers et en particulier des grands mouvements à grande échelle, de comment se déplacent les galaxies. Parce que ma question de physique, ma question de recherche, c'est la gravitation. Depuis 30 ans, je cartographie le côté lumineux de l'univers, où sont les galaxies et comment elles bougent. Les galaxies sont organisées. Il y a des grands filaments, puis les galaxies sont alignées, et cela entoure des régions qui sont vides de matière, qu'on appelle les vides cosmiques. Les vides cosmiques, ça représente 80 % du volume de l'univers et ils ne sont pas cartographiés. Donc à partir de maintenant jusqu'à ma retraite, je vais m'intéresser à cartographier cela. On s'attend à ce que l’on comprenne plus de choses sur la gravitation dans ces régions-là, parce qu'elles sont très pures. Elles sont restées dans un état fossile du début de l'univers. On se pose la question de savoir si la gravitation c'est la relativité générale comme Einstein l'a écrite, il y a plus de 100 ans. C'est une vieille théorie. Ou est ce qu'il faut qu'on apporte des modifications à cette théorie pour comprendre plus de choses sur la gravitation ? Parce qu’il y a très peu de lois fondamentales dans l'univers, ça en fait partie et en réalité on ne connaît pas grand chose dessus. J’ai ressenti une joie immense parce que je ne m'y attendais pas du tout. C'est la troisième fois que je suis lauréate de l’IUF, en membre senior, trois fois consécutives. Je pense que pour moi, c'est comme un cadeau. L’IUF c’est un cadeau qu'on fait aux chercheurs et aux chercheuses, dans leur carrière, de leur permettre de se concentrer pendant cinq ans d'affilée sur un sujet de recherche qui leur tient à cœur. À mon avis, il faut les emmener sur la frontière entre ce que l’on sait et ce qu'on ne sait pas encore. Pour qu'ils avancent en même temps que nous, il faut leur montrer la science et les connaissances émergentes, même quand elles ne sont pas encore consolidées. On donne les barres d'erreur, mais on les emmène avec nous, tout le temps, à chaque fois que l’on grapille des connaissances, il faut qu'ils soient là et qu’ils avancent en même temps que nous. C'est, je pense, important pour les scientifiques d'aller dans les écoles, donner des conférences, dans les cinémas, expliquer leurs recherches pour que l'humanité ait le même niveau de connaissance et qu'on monte tous ensemble dans cette connaissance.

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Brigitte Zanda : Un astéroïde c'est un petit corps qui circule dans le système solaire pour nous et sont des objets qui sont susceptibles d'entrer en collision avec la Terre. La météorite c'est le reliquat d'un astéroïde qui est entré en collision avec la Terre. Il faut savoir que cette collision c'est un phénomène extrêmement violent car nous sommes protégés par notre atmosphère et donc ce qui reste au sol c'est beaucoup beaucoup beaucoup plus petit que l'objet incident. 

Qu'est-ce que la journée mondiale des astéroïdes ?

Brigitte Zanda : Ca commémore un événement assez important : le 30 juin 1908 en Sibérie, le matin à 7h30, il y a eu un petit corps qui est entré en collision avec la Terre. Comme c'est un endroit totalement inaccessible, on n'a pu aller sur place que plus de 20 ans après et on n'a pas de reliquat de cet objet parce que le l'événement a été extrêmement violent donc l'objet incident a été soufflé lors de la traversée de l'atmosphère et lors de l'impact. On ne sait pas de quel objet il s'agit.

Sont-ils dangereux pour la Terre ?

Francis Rocard : Aujourd'hui on a recensé pratiquement tous les objets de la classe 1 km, or un objet de la classe 1 km c'est un objet qui ferait un cratère d'une dizaine de kilomètres. S'il tombait sur Paris il détruirait Paris mais ça n'arrivera pas puisque on les a tous identifiés et aucun ne nous tombera dessus. On a recensé une trentaine d'objets en une année qui étaient passés entre la Terre et la Lune.

Est-ce que certains astéroïdes frôlent la Terre ?

Francis Rocard : Il y en a plusieurs qui frôlent la Terre, frôler à l'échelle de la centaine de milliers de kilomètres, typiquement entre la Terre et la Lune. Quand ce sont des objets qui ne font que quelques mètres on les voit au dernier moment, parfois 12 heures avant qu'ils passent, parfois on les voit après qu'ils sont passés et donc c'est rarissime. Il y a eu un cas très intéressant qui est le fait de voir un objet dans le ciel, s'apercevoir qu'il va tomber, qu'il tombe, et récupérer la météorite. Si réellement une menace est avérée, que va t-il se passer et qu'allons nous décider ? Il y a des gens qui disent que ce n'est pas compliqué : on envoie une bombe nucléaire, on le fait exploser, mais ça je dirais que c'est la solution de dernier recours. Le but ce n'est pas de le faire exploser mais d'exploser la bombe à côté pour le déplacer, pour qu'il évite la Terre. On aimerait faire des choses plus soft et notamment dévier sa trajectoire, soit par impact, c'est ce qui a été fait avec la mission DART, mais ça sous-entend qu'il soit tout petit. Parfois il faut un préavis de 10 ans pour fabriquer la mission et y aller. Ca prend du temps.

Est-ce qu'un astéroïde est déjà tombé sur Terre ?

Francis Rocard : En 2008, au Soudan, il y a eu un cas très intéressant, c'est la première fois que ça s'est passé, et on a pu récupérer l'avantage c'est qu'on a la signature spectrale de l'objet. On sait de quel type il est vu par le télescope dans l'infrarouge et ensuite on récupère les météorites et on peut faire le lien entre l'objet et sa signature et c'est une heure avec trois fois et la troisième fois c'était en février dernier en France. Il y a eu un objet qui a été découvert par un astronome amateur et 24 heures ou 36 heures plus tard, il est tombé du côté de la Normandie et on a trouvé une météorite qui est aujourd'hui au Muséum national d'Histoire naturelle.

Que nous apprennent les astéroïdes ?

Brigitte Zanda : Il y a des météorites qui nous renseignent vraiment sur les premiers instants du système solaire et quand on dit par exemple que l'âge de la Terre ou l'âge du Soleil c'est 4,5 milliards d'années, c'est dans les météorites qu'on mesure ce genre de choses parce que la Terre, comme elle a fondu après sa formation, elle a effacé la mémoire de ses origines mais on retrouve ces éléments de réponse en étudiant les météorites. Les astéroïdes qui ont une évolution analogue à celle de la Terre, quand ils se fragmentent, on retrouve des morceaux qui viennent des différentes couches à l'intérieur de ces planètes et comme nous on n'ira jamais à l'intérieur de la Terre, parce que la terre a 6000 kilomètres de de rayon c'est beaucoup trop profond beaucoup pour trop difficile. Par analogie, c'est une de nos sources d'informations sur ce qui se passe à l'intérieur de la Terre et à l'intérieur des planètes.

Quel est le rôle du Cnes ?

Francis Rocard : Mon travail se consiste à préparer les missions futures avec les partenaires, qu'ils soient américains, européens et on travaille un petit peu avec les Japonais, les Indiens, les Chinois. Ce que fait la France et les scientifiques français, c'est de fournir des instruments, des caméras spectraux infrarouges, spectoraux ultraviolets, sur les missions des autres qui fabriquent les satellites, etc. Il s'agit de se mettre d'accord avec les scientifiques en France sur l'instrument qu'ils veulent fournir, vérifier que tout le monde est d'accord avec par exemple la NASA pour faire voler cet instruments. A ce moment-là, le projet est défini et un chef de projet est nommé au Cnes. Il est basé à Toulouse et va suivre le développement de l'instrument qui va prendre 5 ou 7 ans.

Quelles sont les futures missions du Cnes ?

Francis Rocard : On vient de lancer la mission de juice qui part vers Jupiter pour étudier les lunes glacées que sont Ganymède, Europe et Callisto. On va essayer d'avancer sur la question de l'habitabilité dans ces océans liquides sous la glace de l'Europe et Ganymède. L'habitabilité ne signifie pas qu'on va trouver la vie mais qu'on va essayer de déterminer si c'est potentiellement habitable. Aujourd'hui on travaille sur une mission de retour d'échantillons de Phobos, une lune de Mars, et ça c'est avec les Japonais. Tout ce qui est retour d'échantillons c'est une très forte priorité scientifique parce que quand vous avez le matériau et que vous pouvez l'analyser avec des instruments qui tiendraient à peine dans cette pièce, vous obtenez des résultats qui sont bien meilleurs que ce qu'on peut faire sur place.

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Nous sommes actuellement dans la grande coupole de l'Observatoire de Nice. L'Observatoire de Nice a été construit en 1881. Il fut doté de ce qui, à l'époque, était le télescope le plus grand du monde. Il fallait construire un grand bâtiment pour l'abriter, une grande coupole. Ce bâtiment fut construit par Garnier, grand architecte, et la coupole de 24 mètres de diamètre fut construite par Gustave Eiffel.

Le PEPR Origins a pour objectif de mieux comprendre la formation des planètes, des planètes habitables et l'origine de la vie. En France, nous abordons les problèmes selon cinq axes de recherche. Etudier dans les détails la formation du système solaire, en particulier par le biais de l'analyse des météorites et des échantillons ramenés par les missions spatiales. Etudier les planètes extrasolaires, chercher à les caractériser par imagerie directe pour comprendre leur composition et en particulier la composition de leur atmosphère.

Étudier la Terre dans sa globalité comme planète habitable. C'est la seule planète habitable que nous connaissons.

Quel instrument allez-vous construire avec le PEPR Origins ?

Un  instrument que nous développons pour améliorer notre compréhension de la dynamique interne de la Terre. Elle est étudiée en étudiant les séismes, les tremblements de terre. Mais tous les sismomètres sont placés évidemment sur les continents. Les 4/5 de la Terre sont couverts par des océans.

Donc nous avons développé un robot. Une sorte de vaisseau spatial, qui va plonger sous les océans. Il va déposer un sismomètre sur le plancher océanique, faire des mesures pendant un certain temps et de temps en temps refaire surface, envoyer les données par satellite, déployer des panneaux solaires pour recharger les batteries et plonger à nouveau.

Quelle est la place de la France dans l'astronomie mondiale ?

Nous sommes évidemment un des piliers de l'ESO, le European southern observatory, qui est une institution européenne avec beaucoup d'États membres, qui gère les plus grands télescopes, qui sont notamment placés au Chili.

Nous avons des participations grâce au CNES, à l'Agence spatiale européenne. On participe aussi aux différents instruments spatiaux.

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A l'occasion du lancement du nanosatellite français Inspire-Sat 7, mardi 11 avril 2023, nous avons rencontré Mustapha Mefta, astrophysicien au sein du CNRS LATMOS et spécialiste des relations soleil atmosphère. Depuis le centre de contrôle de commande satellite, à l'Observatoire Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (OVSQ) situé à Guyancourt, il prépare avec ses équipes le lancement d'Inspire-Sat 7, collecte et analyse les informations transmises par le nanosatellite UVSQ-Sat, mis en orbite en 2021.

"À partir du mois d'avril 2023, Inspire-Sat 7 va être mis en orbite par un lanceur de la société SpaceX. Son objectif ? C'est, il y a trois grandes composantes. 1. c'est répondre à des questions scientifiques clés, 2. c’est développer de nouveaux éléments technologiques pour préparer les futures missions et trois pousser la composante pédagogique.

Mustapha Meftah, je travaille au LATMOS. Je suis porteur d’un programme petits satellites dédiés à l'observation de la terre et du climat et je suis astrophysicien et docteur en géosciences. Un nanosatellite, c'est un assemblage de petits cubes. On part initialement sur un format qui est un Cubesat. Un Cubesat, c'est un volume de dix centimètres par 10 cm par 10 cm qui fait environ, qui pèse à peu près un kilogramme et qui va consommer environ un watt. Quand on va assembler ces différents cubes, on va former un nanosatellite.

La démarche initiale, c'était d'utiliser ces vecteurs pour pouvoir former des étudiants, notamment former les étudiants aux métiers de demain, à la recherche et aussi au spatial. Aussi former des doctorants et échanger des étudiants entre pays. On met aussi en place un programme scientifique où l’on pousse une idée de recherche pour pouvoir atteindre des objectifs scientifiques pour répondre à des questions clefs.

Là, en direct on suit l'évolution et la position du satellite. Donc on voit actuellement qu'il est à l'ouest de l'Australie, donc il suit son orbite. Il va se diriger vers la partie nord. Et puis au bout d'un certain temps, il va repasser ici, chez nous, au niveau de la France. On l'attend en général en fin de soirée. Et puis en général, nous avons environ 4 à 6 passages par jour au-dessus de la France. Le satellite ne peut déverser ses données que lorsqu'il se situe au niveau de la zone où nous récupérons les données. On a une multitude d'autres paramètres qui sont récupérés. C’est ce qui s'appelle les observables du satellite pour vérifier sa bonne santé. En permanence, une des premières opérations, c'est de vérifier l'état de bonne santé du satellite. On vérifie là où il est situé en termes de latitude et de longitude, mais aussi son altitude.

Là, c'est un exemple de satellite sur lequel on est en train de réfléchir ça a une dimension un peu plus grande. Voyez, on est à 6 unités et donc un spectromètre à échelle une qui a été embarqué à bord de la Station spatiale internationale pour mesurer l'éclairement solaire. On a ici un équivalent qui est miniaturisé pour pouvoir faire des choses similaires. Mais l'idée, c'est d'arriver à quelque chose de plus petit, plus compact.

5, 4, 3, 2, 1, 0... La fusée va partir et au bout d’un certain temps, en général, au bout d'1 minute 30, on va atteindre ce qu'on appelle le Qmax. C'est le moment où la poussée, la vitesse devient très très importante. Le système va continuer sa mise en orbite et à un moment, on va avoir la séparation entre le premier étage et le deuxième étage d'une fusée. Ensuite, ce dispositif va continuer son envol. On va avoir une séparation de la coiffe. Des éléments de coiffe vont se séparer et ensuite, on aura une vue directe sur les différents satellites. Chaque satellite va se trouver un moment dans un éjecteur et va devoir à un moment être éjecté. Ici, on a un exemple de déployeur de satellite.
Une fois qu'on a réalisé et développé notre satellite ici, c'est un exemple pour un satellite un peu plus gros qui fait six unités.
On vient l’intégrer à bord de l’éjecteur de satellite. On vient le verrouiller et à un moment, quand il sera dans l'espace au niveau de la coiffe, on va avoir des boulons pyrotechniques qui vont être déverrouillés. Et puis le satellite va être éjecté. Une des premières opérations et étape c'est de déployer des antennes pour communiquer avec lui et ensuite le stabiliser, le stabiliser pour ralentir sa rotation."